За наночастици се заговори усилено през последните 2-3 десетилетия, но те са с нас, откакто свят светува. Достатъчно е да споменем, че се образуват и в хода на вулканичната дейност. Днес погледът на науката е обърнат към тях – с много надежда и в очакване да ни предложат решения на редица проблеми в различни области на живота, в това число при лечение на заболявания.
Ако трябва да сме съвсем точни, наночастиците са обекти с размер от 1 до 999 нм. На практика обаче от значение за биологията и медицината са частиците с диаметър от 1 до 100, максимум до 200 нм. Малкият размер е едно от големите предимства на наночастиците, защото ги прави съизмерими с биологични молекули и структури, представляващи интерес за нас. Те са значително по-малки от човешките и животинските клетки (чийто диаметър е 10 – 20 µm) и техните органели, но са подобни по размер на големите биологични макромолекули (каквито са ензимите и рецепторите). Диаметърът на хемоглобина например е около 5 нм, а дебелината на мембраната, обграждаща клетките, е 6 нм. Така наночастиците се превръщат в нашите „очи“ и „ръце“ в микросвета, който искаме да изучим и върху който искаме да повлияем в името на здравето.
Наночастиците може да бъдат различни по състав, размер и структура, възможностите на съвременната химия в това отношение са наистина впечатляващи. Едни от най-известни сред тях са т.нар. липозоми. Липозомите са изкуствено създадени липидни структури (мехурчета), обвити в специална двуслойна (фосфолипидна) мембрана. Открити са за света през 1961 г. от английския хематолог Alec B. Bangham и приложението им не спира да бележи възход.
Дебютът им е в областта на козметиката
където и днес се използват широко. Първият козметичен продукт от този тип е създаден през 1986 г. в лабораториите на Christian Dior в сътрудничество с института „Пастьор“ в Париж. Интересът на козметичната индустрия към тях не е учудващ, защото включените в липозоми биологично активни вещества, на които разчитаме да ни помогнат да останем по-дълго млади и красиви, не биха могли да достигнат до своето работно място (долните отдели на кожата) без тяхна помощ. Това е и другото предимство на наночастиците – за тях няма затворени врати.
Първият липозомен препарат за приложение в медицината е одобрен от Американската администрация за контрол на храни и лекарства (FDA) през 1995 г. Това е добре познатият на лекарите доксорубицин, който е доказал високата си антитуморна активност при широк кръг ракови заболявания. От друга страна, доксорубицинът предизвиква сериозни нежелани реакции, включително токсичност за сърцето. Включването му в липозомни носители обаче значително променя хода на играта и подобрява картината – благодарение на тях се засилва натрупването на доксорубицин в туморното образувание, удължава се и полуживотът на лекарството в организма, което в крайна сметка повишава ефективността и намалява токсичността му. Тук е мястото за отбележим, че благодарение на несъвършената и набързо построена инфраструктура от кръвоносни съдове в туморите те се превръщат в своеобразни капани за наночастиците. Така въведените в подходящи по размер наночастици антитуморни агенти ще заобикалят здравите тъкани, но ще попаднат и ще се задържат в туморните. Сами разбирате колко важно и полезно е това.
Но с това способностите на наночастиците като системи за насочено доставяне на лекарства не се изчерпват. Повърхността им може да бъде допълнително обработена с полиетиленгликол.
Той стана известен покрай РНК ваксините срещу COVID-19
– това допринася за по-добрата им разтворимост, както и за това да не бъдат разпознати и унищожени от имунната ни система, преди да са изпълнили мисията си. Нещо повече, наночастиците може да бъдат допълнително модифицирани чрез добавяне на специфични молекули върху повърхността им – идеята е те да разпознаят определени структури (мишени) в клетките, тъканите и органите и да заведат наночастиците заедно с товара им точно при тях.
През последните години липозомите и наночастиците въобще се използват широко като носители на лекарствени препарати и други биологичноактивни молекули, защото подобряват разтворимостта на свързаните с тях вещества (много от интересуващите ни лекарства не са разтворими в телесните течности). След подходящи модификация способността им да предизвикват имунен отговор срещу себе си може да бъде значително намалена, а
полуживотът им в организма – удължен
Така намаляват честотата на приложение на съответния лекарствен продукт, а нерядко и дозата; завеждат лекарствения продукт до неговата мишена и така намаляват нежеланите странични ефекти. Нещо повече, възможно е едновременно доставяне на два или повече лекарствени продукта (комбинирана терапия) с цел засилване на ефекта (т.нар синергичен ефект) или преодоляване на лекарствена устойчивост. Наночастиците успешно могат да бъдат използвани и при провеждането на генна терапия.
С тяхна помощ бяха създадени РНК ваксините срещу COVID-19 – натоварени с полиетилен гликол, липидни наночастици обвиват РНК молекулата и по този начин я предпазват от неблагоприятното въздействие на околната среда (да не бъде разградена от съдържащите се в телесните течности молекули – ензими) и помагат да влезе в клетките (в отсъствието на липозомите преминаването на РНК през клетъчната мембрана би било невъзможно).
За да могат наночастиците да изпълнят успешно ролята си на система за доставяне на лекарства, те трябва да отговарят на редица изисквания: да са стабилни в кръвта, да не са токсични, да не предизвикват възпаление и други реакции от страна на имунната система, да са биоразградими, да са приложими за различни молекули (лекарства, антитела, гени и др.), да позволяват мащабно и евтино производсто и др.
Все по-голяма популярност напоследък придобиват т.нар. нанотераностици – създадени с помощта на нанотехнологиите системи, позволяващи едновременно приложение на диагностични и терапевтични подходи. Представете си наночастици, които не само могат да открият и докладват за наличие на разпространили се ракови клетки в организма (метастази), но и да ги унищожат. Работи се и върху наночастици, чието поведение може да бъде контролирано от условията на средата. Това се осъществява с помощта на специални молекулни сензори, които са „настроени” така, че да освобождават товара си при определени физиологични параметри на околната среда – напр. промени в киселинността, температурата, съдържанието на глюкоза, активността на определени ензими и др.
Как липозомите направиха революция
И един пример за това как липозомите направиха революция в терапията на тежка гъбична инфекция при пациенти с ХИВ/СПИН, която при хората с тежък имунодефицит може да е животозастрашаваща. За целта в тях беше включен мощният, но токсичен, противогъбичен препарат амфотерицин В – това направи възможен приемът на високи дози с минимален риск за проява на токсични ефекти. След въвеждането им в организма липозомите (с диаметър 50-70 nm) се поглъщат бързо от макрофагите – това да поглъщат чужди частици е част от длъжностната характеристика на тези клетки на имунната ни система. Друга тяхна физиологична задача е да се насочат към областите, които вече са превзети (колонизирани) от гъби. И така влизат в ролята на троянски кон, чрез който включеният в липозомите амфотерицин В достига до противника, с който трябва да се пребори – и го прави отлично.
В други случаи обаче поглъщането на липозомите от макрофаги или други клетки на имунната система не е желателно. За да се избегне това, те се „скриват“ с полиетиленгликол, който изпълнява ролята на невидимото наметало от детските приказки.
